Все, что вы хотели знать про Dual Pixel. Dual Pixel RAW - что это и для чего она нужна

Canon 5D Mark IV приготовил немало впечатляющих характеристик, например, высокую скорость непрерывной серийной съемки и возможность записи 4К-видео. Но на самом деле новинка Canon куда более интересная, чем может показаться с первого взгляда. Одной из новинок, затерянных среди вороха рекламных материалов Canon, является технология Dual Pixel RAW. Ранее нам не приходилось с ней сталкиваться, но она может стать одной из ключевых особенностей новой камеры.

Прежде чем разбираться с тем, что такое Dual Pixel RAW, давайте определимся, чем эта технология не является.

Во-первых, несмотря на схожее название Dual Pixel RAW в Canon 5D Mark IV не имеет ничего общего с технологией Dual Pixel Autofocus, помогающей улучшить автофокусировку на движущихся предметах при съёмке видео и фотосъёмке в режиме Live View

Во-вторых, Dual Pixel RAW, к сожалению, не является и способом улучшить разрешение фотографии. Некоторые камеры, например, используют технологию Pixel Shift для того, чтобы сделать изображения визуально более резкими. Несмотря на то, что у нас пока ещё нет полной информации о том, как работает технология Canon Dual Pixel RAW, можно с уверенностью говорить о том, что с Pixel Shift у неё также нет ничего общего.

Если Dual Pixel RAW не облегчает фокусировку и не делает изображение более резким, что же тогда вообще делает эта технология? А вот что: она использует левую и правую половинки одного пикселя для создания фотографии. Подробнее об этом – ниже..

Как работает Dual Pixel RAW в Canon 5D Mark IV?

Судить о работе новой технологии Canon мы пока что можем только на основании материалов, предоставленных самим производителем. В рекламном проспекте можно прочесть вот что:

«Каждый из 30 миллионов пикселей камеры EOS 5D Mark IV состоит из двух фотодиодов, которые могут использоваться вместе или по отдельности. Эта технология позволяет создавать файлы в формате Dual Pixel RAW (DPRAW). Такой формат файлов содержит два изображения, снятые с двух незначительно отличающихся ракурсов. При обработке отснятого материала с помощью программного обеспечения Digital Photo Professional, пользователь сможет применить данные, содержащиеся в файле формата Dual Pixel RAW, для микронастройки положения зоны максимальной резкости»

Хотя, эта информация и достаточно скудная, но она дает некоторое представление о принципе работы технологии Dual Pixel RAW. И, исходя из неё, представляется три варианта использования новой технологии Canon.

Вариант первый – выбор между вариантами боке. Итак, вы сможете изменить внешний вид областей вне зоны резкости как на переднем плане, так и на заднем. Конечно, эта функция не позволяет вам получать более высокую детализацию в зонах вне фокуса, если она вам потребуется, но с её помощью вы сможете перемещаться по нескольким ракурсам слева-направо, выбирая ракурс, дающий наиболее .

Вариант второй – смещение фокуса после съёмки. Вы можете сместить фокус изображения уже после того, как фотография будет снята. Конечно, смещение нельзя будет сравнивать с возможностями камер Lytro , использующих в работе теорию светового поля , но вы будете иметь возможность сместить фокус на несколько миллиметров в том или ином направлении. Фотографы, снимающие портреты, оценят эту функцию, поскольку она может дать им возможность в пределах одного фото смещать на своё усмотрение фокус с ресниц на глаза модели, например.

Вариант третий – уменьшение бликов и ареолов от ярких источников освещения, попавших в кадр. Если эта функция окажется действительно работоспособной, о чём мы узнаем, протестировав Canon 5D Mark IV, новинкой Canon заинтересуются не только фотографы-портретисты, но и пейзажисты.

Наконец, как следует из названия технологии, она позволяет вносить корректировки в RAW-файлы. За что следует сказать большое спасибо разработчикам из Canon. Если бы Dual Pixel RAW работала только с JPEG, она была бы менее ценна.

Как работает Dual Pixel RAW?

Принцип работы Canon Dual Pixel RAW основывается на том, что камера за один раз снимает 2 фотографии с разрешением 30,4 мегапикселя каждая, используя левую и правую половинку одного пикселя. Так как, хотя две половинки одного пикселя находятся очень близко друг к другу, они воспринимают снимаемую сцену с немного разных ракурсов, и именно поэтому Canon даёт возможность пользователям считывать информацию с каждой половинки пикселя по отдельности.

Так что, работа Dual Pixel RAW в чём-то напоминает принцип работы камер Lytro, но не столь ярко выражена. Захватывая свет с двух разных ракурсов Canon, лишь слегка намекает на то, что способны делать камеры Lytro, но делает это без ущерба для высокого разрешения в 30,4 мегапикселей.

Dual Pixel RAW: слабые стороны

Как у каждой медали есть две стороны, так и у DP RAW помимо преимуществ есть и недостатки. Давайте рассмотрим их по порядку.

• редактирование возможно лишь на стадии постобработки. Во время съёмки у вас нет никакой возможности изменить фокусировку или уменьшить блики до тех пор, пока вы не откроете изображение в фоторедакторе. К тому же, в настоящее время единственное программное обеспечение, способное работать с файлами Dual Pixel RAW, это Canon Digital Photo Professional. Однако, по данным Adobe, они ведут активную работу над совместимостью нового формата с их программным обеспечением.
• работа новой технологии Canon сильно зависит от настроек диафрагмы. Чем шире открыта диафрагма – тем выше эффективность использования Dual Pixel RAW. И это вполне логично, поскольку незначительные корректировки сложнее заметить на прикрытой диафрагме, когда глубина резкости значительно больше.
• возможно редактирование только одного параметра из трех. Так что, если вам нужно настроить фокус и уменьшить блики, вам придется выбрать только одну. Конечно, это незначительная проблема, но о ней стоит помнить.
• увеличение размера файлов изображений. К сожалению, при использовании Dual Pixel RAW размер файла фотографии увеличивается почти в 2 раза – с 37 МБ до 67 МБ – а это уже достаточно серьёзная проблема. Например, если вы снимаете свадьбу, то иметь возможность использовать возможности DP RAW – приятный бонус, но вот стоит ли это удвоения размеров отснятого материала – вопрос весьма спорный.
• снижение скорости непрерывной серийной съёмки. Хотя, Canon ничего не говорит о снижении скорости непрерывной серийной съёмки при использовании Dual Pixel RAW, но это вполне ожидаемо.

В качестве бонуса предлагаем вам видеодемонстрацию работы технологии при смене фокусировки:

Анонсированная в августе зеркальная фотокамера получила целый ряд усовершенствований по сравнению с предшественницей. Впрочем, большинство улучшений для такого класса камеры были вполне ожидаемыми, а сами улучшения можно назвать эволюционными.

Принципиально новое в зеркальных камерах встретить уже довольно сложно, но компании Canon все же удалось немного удивить фотографов.

Технология Dual Pixel RAW - это действительно что-то абсолютно невиданное, и ранее в камерах она не встречалась.

Что это за технология и для чего может быть использована?

Во многих системных современных камерах Canon используются светоприемные матрицы, где каждый пиксель состоит из двух отдельных фотодиодов A и B, информация с которых считывается раздельно. Такое раздельное считывание позволяет реализовать быструю фазовую фокусировку Dual Pixel AF при помощи самой матрицы.





За счет этого в зеркальных камерах Canon обеспечивается высокоскоростная автофокусировка при видеосъемке и при съемке с использованием экрана для визирования (LiveView).

Обычно при формировании снимка информация с фотодиодов A и B каждого пикселя объединяется, но в Canon EOS 5D Mark IV реализовали также дополнительную возможность записи файлов в особом формате Dual Pixel RAW.

В файлах Dual Pixel RAW содержатся два «изображения». Первое изображение сформировано на базе информации из фотодиодов A, а второе - на базе объединения информации из фотодиодов A и B. Получается, что к обычному кадру добавляется информация о параллаксе.

В теории все выглядит очень интересно, но попробуем Dual Pixel RAW на практике.

Как использовать Dual Pixel RAW?

На данный момент функция Dual Pixel RAW доступна только в камере Canon EOS 5D Mark IV. Для получения RAW-файлов формата Dual Pixel RAW необходимо в меню активировать соответствующую настройку.



При этом возникают некоторые не очень приятные особенности:

• размер RAW-файла формата Dual Pixel RAW имеет почти удвоенный объем (примерно 60 МБ против 35 МБ в обычных RAW-файлах);
• снижение скорости серийной съемки;
• в режиме LiveView серийная съемка будет недоступна;
• возможен рост шумов на изображении.

Также очень важным моментом при работе с RAW-файлами Dual Pixel RAW является то, что дополнительная функциональность формата обеспечивается только в фирменном редакторе Digital Photo Professional (DPP) .

А при использовании, например, популярного приложения Adobe Lightroom или RAW-конвертера Adobe Camera Raw файлы Dual Pixel RAW откроются (если установлены последние версии приложений), но функционально работа с ними не будет отличатся от работы с обычными RAW-файлами. Никаких дополнительных возможностей вы не получите.

По крайней мере, на данный момент ситуация именно такова.

Для получения большего эффекта от манипуляций с Dual Pixel RAW производитель приводит ряд рекомендаций. Они сводятся примерно к тому, чтобы при съемке обеспечивались небольшая глубина резкости (ГРИП) и существенное размытие фона.

Для файлов Dual Pixel RAW в редакторе Digital Photo Professional предусмотрен специальный режим обработки, в котором, собственно и осуществляются микроподстройка фокуса, сдвиг боке и подавление засветок.

Сдвиг точки фокусировки

Поэкспериментировав с несколькими файлами, должен сказать, что эффект от регулировки фокусировки настолько минимальный, что его очень трудно заметить . Да, при 100%-ном увеличении какое-то влияние ползунков видно, но оно очень незначительное и вряд ли дает реальную пользу фотографу.



Фото без редактирования (100-процентное увеличение)
Сдвиг зоны фокусировки максимально вперед (100-процентное увеличение)
Сдвиг зоны фокусировки максимально назад (100-процентное увеличение)


Признаться, ожидал несколько большего. Если вы рассчитываете перевести фокусировку с одного глаза на другой на портретном фото (разве что глаза будут находиться практически на одном расстоянии по отношению к камере), выбрать нужный объект на макроснимке, «перевести резкость» с одного участка на другой на предметном фото, то это не тот случай. Подстройка фокуса действительно микроскопическая.

Регулировка боке

При регулировке сдвига боке сам рисунок зоны размытия не меняется. Получаемый эффект на фото можно сравнить с тем, что вы получили бы, сдвигая чуть-чуть камеру вправо или влево относительно изначальной точки съемки.

Влияние на итоговое изображение настройки незначительное.

Фото без редактирования
Сдвиг боке максимально влево
Сдвиг боке максимально вправо


Надо заметить, что регулировка засветки очень влияет на боке. Причем, влияние негативное. На кадре появляются неприятные двоения объектов в зоне нерезкости. Видимо, не зря в данном режиме доступна возможность выбора зоны на фото, к которой будет применяться эффект. Кстати, выбор зоны на фото предусмотрен и для регулировки сдвига боке.

Все чаще мы видим в характеристиках камеры смартфона опцию Dual Pixel. Но не все знают, что значит эта технология. Давайте узнаем о ней подробнее.

Не секрет, что производители всеми способами стараются улучить качество фотографий при сохранении габаритов имеющихся камер. В ход идут абсолютно разные разработки, начиная от второго сенсора и заканчивая программными примочками. Одной из популярных технологий является Dual Pixel. Что это такое?

Dual Pixel. Особенности.

Зачастую в составе цифрового модуля используется фазовый автофокус, состоящий из фотодиодов. Раньше эти датчики занимали лишь 10% сенсора, поскольку раскатать их по всей матрице технически было невозможно. Dual Pixel предусматривает размещение фотодиодов по всей поверхности матрицы, что в свою очередь позволяет быстро и легко фокусироваться на объекте, находящемся в любом участке кадра (даже на краю).

Главным преимуществом технологии Dual Pixel является то, что теперь идеально «понимает» расположение объекта съемки. Это делает автофокусировку быстрой и легкой. Пока фазовый автофокус страдает от недостатка «материала», Dual Pixel справляется со своей задачей практически мгновенно.

Эта особенность заметна при видеосъемке, когда фокус практически в доли секунды переключается с одного объекта на другой. Перемещаясь в кадре, объект съемки всегда будет в фокусе, что обеспечит должную резкость и надлежащее качество материала. Современная технология автофокусировки уменьшает количество смазанных снимков.

Почему мы так долго ждали эту технологию?

Даже при имеющихся технологиях производство камер для смартфонов имеет свои сложности. Поскольку корпус устройств достаточно тонкий, сами модули обязаны быть маленькими. Однако уменьшать фотоэлементы до минимума нельзя, так как это повлияет на качество съемки (наверняка вы читали наш материал про разрешение и размер пикселя камеры. Если нет – переходите ). Раньше оснащать камеры фотодиодом было невозможно, так как пиксели на тех матрицах были крохотными.



Современные матрицы имеют достаточно широкую диафрагму, что увеличивает светосилу. Также производители активно используют более крупные сенсоры. Теперь можно сохранять прежние разрешения и одновременно с этим снабжать каждый пиксель фотодиодом. Кроме того, производители перестали наращивать разрешение камеры, а сделали ставку на совершенно новые технологии. И Dual Pixel – одна из них.

В каких камерах есть Dual Pixel?

Традиционно новые технологии – прерогатива топовых устройств. Dual Pixel использован во всех последних флагманских устройствах Samsung. К сожалению, только южнокорейский вендор делает ставку на новую технологию.



Dual Pixel присутствует лишь в Google Pixel 2. Остальные производители пока что игнорируют эту разработку, поскольку она запатентована Samsung и все модули следует заказывать именно у этой компании. К слову, Sony на данный момент занимается разработкой аналогичной технологии.

Стоит ли ради Dual Pixel покупать новый смартфон?

Если вы не планировали покупать новый топовый аппарат, то приобретать его исключительно ради Dual Pixel не стоит. Кредит или рассрочка на дорогой смартфон ради одной фото-примочки – не лучшее решение. Другое дело, если вы рассчитывали на такую сумму и хотите обзавестись новеньким флагманом.

При съемке на смартфон (да и не только) очень важно, чтобы фотографии получались четкими и ясными. Для этого объект снимка должен быть в фокусе до того, как вы нажмете на кнопку «Сделать фото». В последнее время многие производители смартфонов работают над улучшением технологий автоматической фокусировки, и сегодня мы рассмотрим плюсы и минусы каждой, и чем они отличаются. Как обычно все подробности под катом.

При выборе камерофона многие уделяют внимание количеству мегапикселей - мол, у кого их больше, тот и круче. Однако зачастую важнее и полезнее взглянуть на другие факторы, которые оказывают не менее серьезное влияние на качество фотографий. Среди них - тип автофокуса камеры смартфона. В эту область сейчас активно погрузились Apple, Samsung, LG и другие производители, причем многим действительно удалось значительно продвинуться вперед.

Что такое автофокус, и почему он нам нужен?

При помощи системы автоматической фокусировки камеры объектив настраивается таким образом, чтобы сфокусироваться непосредственно на объекте, обеспечивая тем самым разницу между четким снимком и упущенной возможностью.

Упрощенно принцип работы камеры состоит в том, что лучи света отражаются от фотографируемых объектов и затем попадают на сенсор, который преобразовывает поток фотонов в поток электронов. После этого ток преобразовывается в набор битов, данные обрабатываются и записываются в память камеры. Особой популярностью у производителей смартфонов сейчас пользуются CMOS-сенсоры, которые преобразуют заряд в напряжение прямо в пикселе, обеспечивая впоследствии прямой доступ к содержимому произвольного пикселя.

В теории все работает так: линзы фокусируют свет на сенсоре, сенсор затем создает цифровую фотографию.




В реальности же все происходит не так просто. Угол входящих лучшей света зависит от дистанции, на которой находится фотографируемый объект. На диаграмме ниже продемонстрированы линзы, фокусирующие лучи света на голубом объекте: зеленый и красный объект оказываются не в фокусе и будут размыты на финальном снимке. Если мы хотим сфокусироваться на зеленом или красном объекте, необходимо изменить дистанцию между линзами и сенсором.




На заре камерофоностроения большинство устройств имели фиксированный фокус. В современных же смартфонах предусмотрена возможность регулировать расстояние между линзами и сенсором. Поэтому вы получаете качественные детализированные снимки. Сейчас для реализации автофокуса в смартфонах в основном используют три метода: контрастный, фазовый и лазерный.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус относится к пассивному виду автофокуса. До сих пор это решение применяется в большинстве смартфонов - во многом потому, что является одним из самых простых. При помощи сенсора происходит замер количества света на объекте, после этого он же перемещает линзу в зависимости от контраста. Если контраст максимальный, то и объект съемки находится в фокусе.



Вообще, контрастный автофокус вполне неплохо справляется со своей задачей и имеет большой жирный плюс - он довольно прост и не требует какого-то сложного «железа» для своей работы.

Но есть у него и несколько недостатков. В частности, контрастный автофокус работает медленнее остальных - обычно ему требуется около секунды, чтобы сфокусироваться на объекте. За это время вы можете перехотеть делать снимок, или момент будет упущен, если хотели заснять, к примеру, быстро движущийся объект. Это происходит из-за того, что львиную долю времени занимает процесс «сдвиг точки фокусировки/линз объектива - оценка контрастности - сдвиг - оценка контрастности». Кроме того, у контрастного автофокуса отсутствует возможность следящей фокусировки, да и в условиях плохого освещения он вряд ли вас впечатлит. Поэтому данный тип автофокуса на сегодняшний день используется преимущественно в бюджетных смартфонах, таких как Lenovo A536 , ASUS Zenfone Go и других.

Фазовый автофокус: быстрая и продвинутая альтернатива

Одним из первопроходцев здесь была компания Samsung, которая позаимствовала технологию у цифровых зеркальных фотокамер и оснастила фазовым автофокусом свой смартфон Galaxy S5. Суть в том, в данном случае применяются специальные датчики - они ловят проходящий световой поток от разных точек изображения, используя линзы и зеркала. Внутри датчика происходит деление света на две части, каждая из которых попадает на сверхчувствительный сенсор. Расстояние между потоками света измеряется датчиком, после чего он сам определяет, насколько нужно сдвинуть линзу для точной фокусировки. Так, например, Samsung Galaxy S5 требуется всего 0,3 секунды, чтобы сфокусироваться на объекте.

Визуально принцип работы фазового автофокуса представлен ниже.



Первое и главное преимущество фазового автофокуса - он намного быстрее контрастного, это просто must have для съемки движущихся объектов. Кроме того, камера может оценивать движение объекта при помощи датчиков, отсюда получаем возможность следящего автофокуса.

Но есть и минусы. Фазовый автофокус, как и контрастный, также не очень хорошо справляется со своими задачами в условиях недостаточного освещения. Также для него необходимо более мощное «железо», поэтому он, как правило, доступен в смартфонах сегмента high-end. Среди них Huawei Honor 7 , Sony Xperia M5 и Samsung Galaxy Note 5 , которые, кстати, можно найти в М.Видео.

Одни производители пошли дальше и решили использовать в смартфонах лазерный автофокус (об этом чуть позже), другие же активно занялись совершенствованием технологии фазового автофокуса. Так, например, Apple в своем iPhone 6s и iPhone 6s Plus использует так называемые «фокусные пиксели» - суть в том, что технология использует часть пикселей в качестве фазового сенсора, и съемка на смартфоны от Apple получается действительно быстрой. По сути это тот же самый фазовый автофокус, здесь уже надо отдать должное маркетологам.

А вот технология Dual Pixel, которую компания Samsung применяет в своих смартфонах Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge, действительно отличается от фазовой фокусировки в камерах других смартфонов. Она хоть и является разновидностью фазового автофокуса, но все же имеет некоторые отличия и тонкости. В смартфонах фазовый автофокус несколько ограничен - чтобы присвоить каждому пикселю фокусный сенсор, нужно сильно его уменьшить, отсюда получим шумы и нечеткость фотографий. Обычно датчиками оснащают около 10 % светочувствительных точек, некоторые производители, впрочем, не выходят и за 5 %.

В Dual Pixel же каждый пиксель оснащен отдельным датчиком из-за увеличения размеров пикселей. Процессор обрабатывает показания каждого пикселя, но делает это настолько быстро, что автофокусировка все равно занимает десятые доли секунды. В Samsung говорят, что технология Dual Pixel подобна фокусировке при помощи человеческого глаза, но это опять же маркетинговый ход.



Тем не менее надо признать инновационность данного подхода к фазовому автофокусу в современных смартфонах. Сейчас это настоящий эксклюзив для Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge .

Лазерный автофокус: самый активный

Как и фазовый, лазерный автофокус относится к активному типу автофокуса. Этим направлением долгое время занималась компания LG, которая сперва реализовала лазерный автофокус в своем смартфоне G3. В основе работы технологии лежит принцип лазерного дальномера: лазерный излучатель освещает объект, а сенсор замеряет расстояние до него и время поступления отраженного лазерного луча.

Одно из главных преимуществ данного автофокуса - время. Как говорят в LG, весь процесс автофокусировки при помощи лазера занимает 0,276 секунды. Значительно быстрее контрастного автофокуса и немного пошустрее, чем фазовый.




Очевидный плюс лазерного автофокуса - он невероятно быстрый и хорошо отрабатывает в условиях недостаточного освещения. Но работает он только на определенной дистанции - самый лучший эффект достигается, если расстояние от смартфона до объекта составляет менее 0,6 метра. А после пяти метров - привет, контрастный автофокус.

Лазерным автофокусом оснащены преимущественно смартфоны LG - к примеру, LG G4 . Но есть и исключения: тот же One Plus 2 или Asus Zenfone 2 Laser . Впрочем, у последнего все ясно из названия, да и цена привлекательная для такого набора возможностей.

Двойная камера: смело, но не всем понятно

В какой-то момент производители поняли, что надо бы сделать что-нибудь диковинное, за пределами фазового или лазерного автофокуса. Так на свет появились двойные камеры: для получения четких снимков используется не один, а сразу два объектива. В то время, как одна камера с фиксированным фокусом получает снимок удаленных предметов, другая фокусируется на объектах, которые расположены рядом.

Важное преимущество двойной камеры - возможность быстро сделать снимок, а фокус сделать потом, прямо как в камере Lytro. Но если говорить о более аккуратном фокусе, здесь двойная камера явно проигрывает фазовому фокусу.




Пока что не очень много смартфонов на рынке доступны с двойной камерой - это устройства от HTC (например, One M9+), Honor 6 Plus и другие. Ходят слухи, что и Apple в своем новом iPhone решится на использование двойной камеры.

Технология инфракрасного автофокуса, которую компания Lenovo показала на MWC в прошлом году, работает по сути как лазерный автофокус, но по скорости он примерно в два раза быстрее контрастного. Протестировать её можно на примере Lenovo Vibe Shot .

Что же выбрать?

Поскольку смартфон каждый выбирает под свои нужды, сложно посоветовать что-то такое, что подойдет сразу всем. Кто-то в восторге от настраиваемого после съемки автофокуса у Huawei, другие считают оптимальным Dual Pixel. Если брать в целом, на данный момент фазовый автофокус является верным решением для большинства флагманов, и производители нам с вами постоянно это доказывают.

Помимо того факта, что ЖК-мониторы для отображения картинки требуют цифровые данные, они отличаются от классических ЭЛТ-дисплеев ещё несколькими особенностями. К примеру, в зависимости от возможностей монитора, на ЭЛТ можно вывести практически любое разрешение, поскольку трубка не имеет чётко заданного числа пикселей.

А ЖК-мониторы из-за принципа своей работы всегда имеют фиксированное ("родное") разрешение, при котором монитор обеспечит оптимальное качество картинки. С DVI это ограничение не имеет ничего общего, так как его основная причина заключается в архитектуре ЖК-монитора.

ЖК-монитор использует массив крохотных пикселей, каждый из которых состоит из трёх диодов, по одному на основной цвет (RGB: красный, зелёный, синий). ЖК-экран, имеющий "родное" разрешение 1600x1200 (UXGA), состоит из 1,92 миллиона пикселей!

Конечно же, ЖК-мониторы способны выводить другие разрешения. Но в таких случаях картинку придётся масштабировать или интерполировать. Если, к примеру, ЖК-монитор имеет "родное" разрешение 1280x1024, то меньшее разрешение 800x600 будет растянуто до 1280x1024. Качество интерполяции зависит от модели монитора. Альтернативой является вывод уменьшенного изображения в "родном" разрешении 800x600, но при этом придётся довольствоваться чёрной рамкой.



На обоих кадрах показана картинка с экрана ЖК-монитора. Слева выведено изображение в "родном разрешении" 1280x1024 (Eizo L885). Справа находится интерполированное изображение в разрешении 800x600. В результате увеличения пикселей картинка выглядит блочной. Таких проблем на ЭЛТ-мониторах не существует.

Для отображения разрешения 1600x1200 (UXGA) с 1,92 миллиона пикселей и частотой вертикальной развёртки 60 Гц монитору требуется высокая пропускная способность. Если посчитать, то необходима частота 115 МГц. Но на частоту влияют и другие факторы, например прохождение области гашения, поэтому требуемая пропускная способность возрастает ещё больше.



Около 25% всей передаваемой информации относится ко времени гашения. Оно нужно для смены позиции электронной пушки на следующую строчку в ЭЛТ-мониторе. В то же время, ЖК-мониторам время гашения практически не требуется.

Для каждого кадра передаётся не только информация об изображении, но и учитываются границы, а также область гашения. ЭЛТ-мониторам необходимо время гашения, чтобы выключить электронную пушку по завершению вывода строчки на экране и перевести её на следующую строчку для продолжения вывода. То же самое происходит в конце картинки, то есть в нижнем правом углу - электронный луч выключается и меняет позицию на верхний левый угол экрана.

Около 25% всех пиксельных данных относятся ко времени гашения. Поскольку ЖК-мониторы электронную пушку не используют, здесь время гашения совершенно ни к чему. Но его пришлось учитывать в стандарте DVI 1.0, поскольку он позволяет подключать не только цифровые ЖК, но и цифровые ЭЛТ-мониторы (где ЦАП встроен в монитор).

Время гашения оказывается очень важным фактором при подключении ЖК-дисплея по DVI-интерфейсу, поскольку каждое разрешение требует определённой пропускной способности от передатчика (видеокарта). Чем выше требуемое разрешение, тем больше должна быть пиксельная частота TMDS-передатчика. Стандарт DVI оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц (один канал). Благодаря десятикратному умножению частоты, описанному выше, мы получаем пиковую пропускную способность данных в 1,65 Гбайт/с, которой будет достаточно для разрешения 1600x1200 на 60 Гц. Если требуется большее разрешение, то дисплей следует подключать по двухканальному DVI (Dual Link DVI), тогда два DVI-передатчика будут работать совместно, что даст удвоение пропускной способности. Подробнее этот вариант описан в следующем разделе.

Впрочем, более простым и дешёвым решением будет уменьшение данных гашения. В результате, видеокартам будет предоставлено больше пропускной способности, и даже DVI-передатчик на 165 МГц сможет справиться с более высокими разрешениями. Ещё одним вариантом можно считать уменьшение частоты горизонтального обновления экрана.




В верхней части таблицы показаны разрешения, которые поддерживает один DVI-передатчик на 165 МГц. Уменьшение данных гашения (в середине) или частоты обновления (Гц) позволяет достичь больших разрешений.






На этой иллюстрации показано, какая пиксельная частота требуется для определённого разрешения. Верхняя строчка показывает работу ЖК-монитора с уменьшенными данными гашения. Второй ряд (60Hz CRT GTF Blanking) показывает требуемую пропускную способность ЖК-монитора, если данные гашения нельзя уменьшить.

Ограничение TMDS-передатчика пиксельной частотой 165 МГц сказывается также и на максимально возможном разрешении ЖК-дисплея. Даже при уменьшении данных гашения мы всё равно упираемся в определённый предел. Да и снижение частоты горизонтального обновления может дать не очень хороший результат в некоторых приложениях.

Чтобы решить эту проблему, спецификация DVI оговаривает дополнительный режим работы, названный Dual Link. В данном случае используется сочетание двух TMDS-передатчиков, которые передают данные на один монитор через один разъём. Доступная пропускная способность удваивается до 330 МГц, чего вполне достаточно для вывода практически любого существующего разрешения. Важное замечание: видеокарта с двумя выходами DVI не является картой Dual Link, у которой два TMDS-передатчика работают через один порт DVI!




На иллюстрации показан двухканальный режим работы DVI, когда используется два TMDS-передатчика.

Впрочем, видеокарты с хорошей поддержкой DVI и уменьшенной информацией гашения будет вполне достаточно для вывода информации на один из новых 20" и 23" дисплеев Apple Cinema в "родном" разрешении 1680x1050 или 1920x1200, соответственно. В то же время, для поддержки 30" дисплея с разрешением 2560x1600 от интерфейса Dual Link уже никуда не деться.



Из-за высокого "родного" разрешения 30" дисплей Apple Cinema требует подключения по Dual Link DVI!

Хотя два разъёма DVI уже стали стандартом на high-end 3D-картах для рабочих станций, не все видеокарты потребительского уровня могут этим похвастаться. Благодаря двум разъёмам DVI мы всё же можем использовать интересную альтернативу.



На этом примере два одноканальных порта используются для подключения дисплея на девять мегапикселей (3840x2400). Картинка просто разделена на две части. Но этот режим должны поддерживать и монитор, и видеокарта.

На данный момент можно найти шесть различных разъёмов DVI. Среди них: DVI-D для полностью цифрового подключения в одноканальной и двухканальной версиях; DVI-I для аналогового и цифрового подключения в двух версиях; DVI-A для аналогового подключения и новый разъём VESA DMS-59. Чаще всего производители графических карт оснащают свои продукты двухканальным разъёмом DVI-I, даже если карта имеет один порт. С помощью адаптера порт DVI-I можно превратить в аналоговый выход VGA.



Обзор различных разъёмов DVI.






Раскладка разъёма DVI.

Спецификация DVI 1.0 не оговаривает новый двухканальный разъём DMS-59. Он был представлен рабочей группой VESA в 2003 году и позволяет вывести два выхода DVI на картах малого форм-фактора. Он также призван упростить расположение разъёмов на картах с поддержкой четырёх дисплеев.

Наконец, мы переходим к сути нашей статьи: качество TMDS-передатчиков разных графических карт. Хотя спецификация DVI 1.0 и оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц, не все видеокарты дают на ней приемлемый сигнал. Многие позволяют достичь 1600x1200 только на уменьшенных пиксельных частотах и со сниженным временем гашения. Если вы попытаетесь подключить к такой карте устройство HDTV с разрешением 1920x1080 (даже с уменьшенным временем гашения), ваш ждёт неприятный сюрприз.

Все графические процессоры, поставляемые сегодня ATi и nVidia, уже имеют встроенный на чип TMDS-передатчик для DVI. Производители карт на графических процессорах ATi чаще всего используют встроенный передатчик для стандартной комбинации 1xVGA и 1xDVI. Для сравнения, многие карты на графических процессорах nVidia используют внешний TMDS-модуль (к примеру, от Silicon Image), даже несмотря на наличие TMDS-передатчика на самом чипе. Чтобы обеспечить два DVI-выхода, производитель карты всегда устанавливает второй TMDS-чип независимо от того, на каком графическом процессоре базируется карта.

На следующих иллюстрациях показаны обычные дизайны.



Типичная конфигурация: один выход VGA и один DVI. TMDS-передатчик может быть как интегрирован в графический чип, так и вынесен на отдельный чип.



Возможные конфигурации DVI: 1x VGA и 1x Single Link DVI (A), 2x Single Link DVI (B), 1x Single Link и 1x Dual Link DVI, 2x Dual Link DVI (D). Примечание: если на карте установлены два выхода DVI, то это не означает, что они двухканальные! На иллюстрациях E и F показана конфигурация новых портов VESA DMS-59 с высокой плотностью, где обеспечивается четыре или два одноканальных выхода DVI.

Как покажет дальнейшее тестирование в нашей статье, качество выхода DVI на картах ATi или nVidia бывает весьма разным. Даже если отдельный TMDS-чип на карте известен своим качеством, это вовсе не означает, что каждая карта с этим чипом обеспечит высокое качество сигнала DVI. Даже его расположение на графической карте немало влияет на конечный результат.

Совместимость со стандартом DVI

Чтобы протестировать качество DVI современных графических карт на процессорах ATi и nVidia, мы выслали шесть образцов карт в тестовые лаборатории Silicon Image для проверки совместимости со стандартом DVI.

Что интересно, для получения лицензии DVI совсем не обязательно проводить тесты совместимости со стандартом. В результате, на рынок выходят продукты с заявленной поддержкой DVI, которые не соответствуют спецификациям. Одной из причин такого положения дел является сложная и, следовательно, дорогая процедура тестирования.

Отреагировав на эту проблему, компания Silicon Image в декабре 2003 года основала тестовый центр DVI Compliance Test Center (CTC) . Производители устройств с поддержкой DVI могут выслать свои продукты для тестирования на совместимость со стандартом DVI. Собственно, это мы и сделали с нашими шестью графическими картами.

Тесты разделены на три категории: передатчик (обычно видеокарта), кабель и приёмник (монитор). Для оценки совместимости DVI создаются так называемые глазковые диаграммы, представляющие сигнал DVI. Если сигнал не выходит за определённые границы, то тест считается пройденным. В противном случае устройство не совместимо со стандартом DVI.




На иллюстрации показана глазковая диаграмма TMDS-передатчика на частоте 162 МГц (UXGA) с передачей миллиардов битов данных.

Проверка глазковой диаграммы является самым важным тестом для оценки качества сигнала. На диаграмме заметны флуктуации сигнала (дрожь фазы, jitter), искажения амплитуды и эффект "звона". Эти тесты также позволяют наглядно увидеть качество DVI.

Тесты совместимости со стандартом DVI включают в себя следующие проверки.

1. Передатчик: глазковая диаграмма с заданными границами.
2. Кабели: создаются глазковые диаграммы до и после передачи сигнала, затем они сравниваются. И вновь, границы отклонения сигнала жёстко заданы. Но здесь уже допускаются большие расхождения с идеальным сигналом.
3. Приёмник: вновь создаётся глазковая диаграмма, но опять же, допускаются ещё большие расхождения.

Самые большие проблемы при последовательной высокоскоростной передаче связаны с дрожью фазы сигнала. Если такого эффекта нет, то вы всегда можете чётко выделить сигнал на графике. Большинство флуктуаций сигнала создаются тактовым сигналом графического чипа, что приводит к появлению низкочастотной флуктуации частоты в диапазонах от 100 кГц до 10 МГц. На глазковой диаграмме флуктуация сигнала заметна по изменению частоты, данных, данных по отношению к частоте, амплитуды, слишком избыточному или слишком малому подъёму. Кроме того, измерения DVI различаются для разных частот, что необходимо учитывать при проверке глазковой диаграммы. Но благодаря глазковой диаграмме, можно наглядно оценить качество сигнала DVI.

Для измерений анализируется один миллион перекрывающихся участков с помощью осциллографа. Этого достаточно для оценки общей производительности соединения DVI, поскольку сигнал на протяжении длительного периода времени не будет существенно изменяться. Графическое представление данных производится с помощью специального программного обеспечения, которое Silicon Image создала в сотрудничестве с Tektronix. Сигнал, соответствующий спецификации DVI, не должен заступать на границы (синие области), которые автоматически прорисовываются программным обеспечением. Если сигнал попадёт на синюю область, то тест считается не пройденным, а устройство - не соответствующим спецификации DVI. Программа сразу же показывает результат.




Видеокарта не прошла тест совместимости с DVI.



Программное обеспечение сразу же показывает, прошла карта тест, или нет.



Для кабеля, передатчика и приёмника используются разные границы (глазки). Сигнал не должен заступать на эти области.

Чтобы понять, как определяется совместимость с DVI и что необходимо при этом учитывать, нам следует погрузиться в дополнительные детали.

Так как передача DVI полностью цифровая, то возникает вопрос, откуда появляется дрожание фазы сигнала. Здесь можно выдвинуть две причины. Первая - дрожание вызывается самим данными, то есть 24 параллельными битами данных, которые выдаёт графический чип. Однако данные автоматически корректируются в чипе TMDS при необходимости, что гарантирует отсутствие дрожания фазы в данных. Поэтому оставшейся причиной появления дрожания является тактовый сигнал.



На первый взгляд, сигнал данных свободен от помех. Это гарантируется благодаря регистру-защёлке (latch), встроенному в TMDS. Но главной проблемой всё же остаётся тактовый сигнал, который портит поток данных через 10-кратное умножение ФАПЧ.

Так как частота умножается в 10 раз с помощью ФАПЧ, влияние даже небольшого искажения увеличивается. В итоге данные попадают на приёмник уже не в своём первоначальном состоянии.



Сверху показан идеальный тактовый сигнал, ниже - сигнал, где один из фронтов начал передаваться слишком рано. Благодаря ФАПЧ, это напрямую влияет на сигнал данных. В общем, каждое возмущение тактового сигнала приводит к ошибкам при передаче данных.



Когда приёмник семплирует повреждённый сигнал данных с помощью "идеального" тактового сигнала гипотетического ФАПЧ, он получает ошибочные данные (жёлтая полоса).



Как это работает на самом деле: если приёмник будет использовать повреждённый тактовый сигнал передатчика, он всё ещё сможет считать повреждённые данные (красная полоса). Именно поэтому тактовый сигнал тоже передаётся по кабелю DVI! Приёмнику требуется тот же самый (повреждённый) тактовый сигнал.

Стандарт DVI включает в себя устранение дрожания фазы (jitter management). Если оба компонента будут использовать один и тот же повреждённый тактовый сигнал, то информация может считываться из повреждённого сигнала данных без ошибок. Таким образом, совместимые с DVI устройства могут работать даже в условиях наличия низкочастотного дрожания фазы. Ошибку в тактовом сигнале тогда можно обойти.



Как мы уже объясняли выше, DVI работает оптимально, если передатчик и приёмник используют один и тот же тактовый сигнал и их архитектура одинакова. Но так бывает не всегда. Именно поэтому использование DVI может привести к появлению проблем, несмотря на сложные меры предотвращения дрожания фазы.



На иллюстрации показан оптимальный сценарий для передачи DVI. Умножение тактового сигнала в ФАПЧ (PLL) приводит к задержке. И поток данных уже не будет целостным. Но всё выправляется с помощью учёта той же самой задержки в ФАПЧ приёмника, поэтому данные принимаются корректно.

Стандарт DVI 1.0 чётко определяет задержку ФАПЧ. Такая архитектура называется несвязанной (non-coherent). Если ФАПЧ не соответствует данным спецификациям по времени задержки, то могут появиться проблемы. В индустрии сегодня ведутся горячие дискуссии по поводу того, следует ли использовать подобную несвязанную архитектуру. Причём, ряд компаний выступает за полный пересмотр стандарта.



В этом примере используется тактовый сигнал ФАПЧ вместо сигнала графического чипа. Следовательно, сигналы данных и тактовые сигналы согласованы. Однако из-за задержки в ФАПЧ приёмника данные обрабатываются некорректно, и устранение дрожания фазы уже не работает!

Теперь вам должно быть понятно, почему использование длинных кабелей может стать проблемным, даже если не учитывать внешние помехи. Длинный кабель может вносить задержку в тактовый сигнал (напомним, что сигналы данных и тактовые сигналы имеют разные частотные диапазоны), дополнительная задержка может влиять на качество приёма сигнала.